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W-Mo-Ti-Mg系波阻抗梯度飞片材料的准等熵压缩特性

罗国强  
【摘要】: 波阻抗梯度飞片作为一类新型的功能梯度材料,因其波阻抗值沿厚度方向呈准连续变化,而具有准等熵压缩特性,可以看作是功能梯度材料在动高压物理研究领域中的应用新拓展。 论文选用W-Mo-Ti-Mg系波阻抗梯度飞片作为研究对象。根据流体力学和冲击波理论知识,首先建立了梯度飞片击靶的理论模型,对W-Mo-Ti-Mg系梯度飞片击靶过程进行了数值模拟计算。结果表明,梯度飞片正向击靶后产生的是波阵面明显被展宽的准等熵压缩波,准等熵压缩波的初始速度跳跃、速度峰值和波阵面前沿的上升时间都呈现出不同于传统冲击波陡峭上升波形的特征。 为了获得较好的准等熵压缩波形,梯度飞片应以波阻抗值为设计参数,而且其波阻抗分布指数应控制在2~3之间。数值模拟结果表明,带窗口材料的靶板的准等熵压缩波波形的均匀性和连续性明显要好于无窗口的靶板的准等熵压缩波波形。随着击靶速度的提高,准等熵压缩波的波阵面前沿的上升时间逐渐减小,而对应的速度峰值和初始跳跃则不断增加。随着靶板厚度的增加,波阻抗梯度飞片击靶产生的准等熵压缩波的初始速度跳跃和达到的速度峰值逐渐增大,波阵面前沿的上升时间则不断减小。 使用SPS制备出平行度好、整体致密的、W-Mo-Ti-Mg系准连续波阻抗梯度飞片材料,利用二级轻气炮进行了W-Mo-Ti-Mg系波阻抗梯度飞片材料的准等熵特性的实验研究,成功实现了对带窗口材料的Al靶板的准等熵压缩。对VISAR测试到的波形进行合理的修正后,得到的界面速度波形都是由一个较弱的初始速度跳跃和一段缓慢上升的波阵面前沿所组成的准等熵压缩波。梯度飞片以不同速度撞击不同厚度的靶板时,所得到的准等熵压缩波波形的变化规律符合数值模拟计算的结果。 结合数值模拟结果和实验结果分析,阐明波阻抗梯度飞片实现准等熵压缩的物理过程。波阻抗梯度飞片对靶板的压缩过程是一系列弱冲击加载波相继发生作用叠加的结果,靶板由此获得的P-V线是一组通过不同起始状态点的Hugoniot线的连线,这条连线可以近似看作是由小段小段等熵线连接而成的准等熵线。它介于冲击Hugoniot线和等熵线之间,并更接近于等熵线。


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